JP2006226841A - 全反射減衰を利用したセンサユニット，測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定精度の低下が少なく、必要な固定量の確保が容易な流路を持つセンサユニットを提供する。
【解決手段】 流路部材４１には、センサ面１３ａへリガンド溶液とアナライト溶液を送液する流路１６が形成されている。流路１６は、流路部材４１の底面に形成された溝であり、この溝がセンサ面１３ａと当接して水密に封止される。流路部材４１は、比較的硬質な材料で形成された本体４６と、この本体４６よりも軟質な材料で形成され、本体４６の底面を含む周面の一部を覆う被覆部４７とからなる。流路部材４１を上面から加圧すると、被覆部４７が変形して、流路１６の断面積が変化する。このため、固定時には流路断面積を大きく、他方、測定時には流路断面積を小さくすることができる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、センサ面における試料の反応状況を光の全反射減衰を利用して測定を行う全反射減衰を利用したセンサユニット，測定方法及び装置に関するものである。

例えば、タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質の相互作用を調べたり、薬品のスクリーニングを行う場合において、試料の反応を測定する測定装置として、全反射減衰を利用した測定装置が知られている。

全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体上に形成された薄膜の一方の面であるセンサ面上において試料の反応を生じさせ、前記センサ面の裏面の光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させ、その反射光の減衰状況を検出することにより前記反応を測定する。こうした全反射減衰を利用した測定装置の１つに、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した測定装置（以下、ＳＰＲ測定装置という）がある。表面プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動することによって生じ、その金属の表面に沿って進む自由電子の粗密波である。

ＳＰＲ測定装置は、透明な誘電体上に形成された薄膜として金属膜を使用し、この金属膜の一方の面をセンサ面として、このセンサ面にＳＰＲを発生させ、そこで生じる物質の反応状況をＳＰＲを検出することにより測定する。

金属膜のセンサ面の裏面から、全反射条件を満足するように（臨界角以上の入射角で）光を照射すると、その光入射面において全反射が起こるが、入射光のうちわずかな光は反射せずに金属膜内を通過して、センサ面に染み出す。この染み出した光波がエバネッセント波と呼ばれる。このエバネッセント波と表面プラズモンの振動数が一致して共鳴すると（ＳＰＲが発生すると）、反射光の強度が大きく減衰する。ＳＰＲ測定装置は、前記光入射面で反射する反射光の減衰を捉えることにより、その裏側のセンサ面で発生するＳＰＲを検出する。

ＳＰＲを発生させるための光の入射角（共鳴角）は、エバネッセント波および表面プラズモンが伝播する媒質の屈折率に依存する。言い換えると、媒質の屈折率が変化すれば、ＳＰＲを発生させる共鳴角が変化する。センサ面と接する物質は、エバネッセント波および表面プラズモンを伝播させる媒質となるので、例えば、センサ面において、２種類の分子間の結合や解離などの化学反応が生じると、それが媒質の屈折率の変化として顕れて、共鳴角が変化する。ＳＰＲ測定装置は、この共鳴角の変化を捉えることにより分子間の相互作用を測定する。

生化学分野の実験や研究においては、タンパク質、ＤＮＡ、薬品などが、リガンドやアナライトとして使用される。例えば、薬品のスクリーニングを行う場合には、リガンドとして、タンパク質などの生体物質を使用し、このセンサ面にアナライトとなる複数種類の薬品を接触させて、それらの相互作用を調べる。

下記特許文献１に記載のＳＰＲ測定装置は、金属膜に光を入射させるための光学系として、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用している。Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置では、金属膜の光入射面と、この光入射面に向けて全反射条件を満足するように照射された光を集光するプリズムとが接合される。センサ面には、リガンドが固定され、センサ面と対向する位置には、アナライトを流す流路が配置される。この流路にアナライトを送液して、アナライトとリガンドとを接触させ、そのときのＳＰＲの発生を検出することによりそれらの相互作用が測定される。

下記特許文献１記載のＳＰＲ測定装置では、装置本体に、プリズムと、流路が形成された流路部材とが配置された測定ステージが設けられており、この測定ステージに、透明な誘電体であるガラス基板上に金属膜を形成した略平板上のチップ型のＳＰＲセンサ（以下、単にチップ型センサという）を装着して、測定が行われる。このチップ型センサは、前記装置本体に着脱自在であり、センサ面と流路とが対向し、光入射面とプリズムとが対向するように、装着される。測定を行う前には前処理として、チップ型センサの金属膜上にリガンドを固定する処理（リガンド固定処理）が行われるが、下記特許文献１記載のＳＰＲ装置では、このリガンド固定処理についても、チップ型センサを測定ステージに装着した状態で行われる。

前記流路部材には、センサ面と当接する当接面に、前記センサ面に、試料となるリガンド及びアナライトを含む溶液を接触させながら、それらを前記センサ面と平行に流す溝が形成されており、この溝が、前記流路のうち、前記センサ面と対向する対向部分を構成する。チップ型センサは、センサ面が露出されており、チップ型センサが測定ステージに装着されると、センサ面によって流路の開放部位が覆われて、前記対向部分が密閉される。これにより、センサ面への送液が可能となる。

こうした状態で、流路へリガンドを注入して固定処理が行われる。この固定処理が終了した後、流路に洗浄液を注入して洗浄処理が行われる。洗浄液が注入される前には流路内にはリガンド溶液が満たされており、その状態で、流路へ洗浄液が注入される。流路内のリガンド溶液は、新たに注入された洗浄液によって押し出されて流路から排出される。こうして、流路内の液の入れ替え（置換）が行われる。

洗浄後、流路には、いったんバッファ液が注入された後、アナライト溶液が注入されて測定処理が行われる。所定時間経過後、再びバッファ液が注入されて測定処理が終了する。バッファ液は、ＳＰＲ信号のベースラインを検出するために注入される。ＳＰＲ信号の取得は、流路がバッファ液で満たされているときから開始され、アナライト溶液を注入した後、再びバッファ液を注入してアナライト溶液が排出されるまで続く。これにより、アナライトとリガンドとの結合から脱離までの反応状況を調べることができる。

特開平６−１６７４４３号公報

リガンドのセンサ面への固定量は、リガンドの流路への注入量を多くすれば増える。そのため、注入量を多くするには、対向部分の流路断面積（以下、流路断面積）を大きくして流路の容積を大きくする必要がある。流路断面積は、流路の幅を一定とすれば、流路の高さ（センサ面から流路の天井までの高さ）によって決まるので、流路の高さが高い方がよい。

他方、リガンドとアナライトの結合反応や脱離反応は短時間で生じるため、ＳＰＲ信号の測定によって、その反応速度を把握するためには、流路の高さは低い方がよい。というのは、一般に、流路内の液体の流れは、液体が持つ粘性のために流路断面の中心から内壁面に向かって速度勾配が生じ、内壁面に近づくほど流速が低下する。このため、例えば、アナライトで満たされた流路へバッファを注入してアナライトからバッファへ置換を行う場合に、流路の内壁面に相当するセンサ面では、流路の中心付近と比較して置換が遅れるので、センサ面にアナライトが残留する。このアナライトの残留量の多寡は、流路内の液の置換率（以下、液置換率という）で表される。ここで液置換率とは、既に流路へ注入済みの液体が新たに注入された別の液体に置換される割合をいう。液置換率は注入を複数回行ったり時間をかければ上昇するが、前記反応速度を正確に測定するためには、１回の注入でしかも短時間で高い液置換率を確保することが必要となる。流路の高さを低くすると、流路の中心からセンサ面までの距離が短くなり、液体の粘性に起因する速度勾配が抑制されるので、短時間で高い液置換率が確保される。

このように、固定時と測定時においては、それぞれに最適な流路の高さが相反する傾向があり、問題となっていた。

本発明は、測定精度の低下が少なく、必要な固定量の確保が容易な全反射減衰を利用したセンサユニット、測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の全反射減衰を利用したセンサユニットは、透明な誘電体と、この誘電体上に形成され表面がリガンドとアナライトの反応を検知するセンサ面となる薄膜と、前記センサ面に固定される前記リガンドが含まれるリガンド溶液と前記リガンドが固定された前記センサ面に前記アナライトを含むアナライト溶液とを送液する流路が形成された流路部材とからなり、前記リガンドを固定後、前記アナライト溶液を送液しながら、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面の光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させたときに前記薄膜の裏面で反射した反射光の減衰角が前記リガンドとアナライトとの反応状況に応じて変化する全反射減衰を利用したセンサユニットにおいて、前記流路部材には、前記流路のうち前記センサ面と対向する対向部分として、前記センサ面と対向して配置され、前記各試料溶液を前記センサ面と接触させながら流す溝が形成されるとともに、この流路部材の少なくとも一部を加圧により変形可能な材料で形成することで、前記溝の断面積を可変にしたことを特徴とする。

前記流路部材は、前記溝が形成され前記センサ面と対向する対向面が変形可能な材料で形成されていることが好ましい。

前記流路部材は、前記溝の周縁部に前記センサ面に向けて突き出す突出部が設けられており、この突出部を変形可能な材料で形成し、これを前記センサ面と当接させることが好ましい。

前記変形可能な材料は、弾性を備えていることが好ましい。また、前記断面積が必要以上に小さくなることがないように、前記流路部材の変形量を規制する変形量規制部が設けられていることが好ましい。

前記流路部材は、基本的な形状を決定する骨格部分となる本体と、この本体の周面の少なくとも一部に被覆される被覆部とからなり、この被覆部を変形可能な材料にすることが好ましい。

前記突出部は、前記被覆部の一部として設けられており、前記変形量規制部は、前記本体と一体に形成されるとともに、前記突出部の内部に配置されることが好ましい。

前記本体と前記被覆部は、それぞれ硬度の異なる２種類の材料が使用され、前記流路部材は、前記２種類の材料を用いて２色成形されることが好ましい。

本発明の全反射減衰を利用した測定方法は、透明な誘電体上に形成された薄膜の表面をリガンド及びアナライトの反応を検知するセンサ面として用い、このセンサ面にリガンドを含むリガンド溶液を送液してリガンドを固定した後、前記センサ面に前記アナライトを含むアナライト溶液を送液して前記リガンドとアナライトとを接触させるとともに、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面に向けて全反射条件を満たすように光を入射させ、前記薄膜の裏面で反射した反射光を受光して、全反射減衰によって生じる前記反射光の減衰角の変化を調べることにより、前記リガンドとアナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、前記リガンド溶液及びアナライト溶液を前記センサ面へ送液する際に、前記センサ面と対向して配置され前記各溶液を前記センサ面と接触させながら流す流路が形成された流路部材を用い、この流路部材を変形させることにより、前記固定時よりも前記流路の断面積を小さくして前記測定を行うことを特徴とする。

本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体とこの誘電体上に形成される薄膜とからなり、その薄膜の表面がリガンドとアナライトの反応を検知するセンサ面となるセンサユニットが着脱自在にセットされるステージと、前記センサ面と対向して配置され前記リガンドを含むリガンド溶液及びアナライトを含むアナライト溶液を前記センサ面と接触させながら流す流路が形成された流路部材に前記各溶液を注入する注入手段と、前記流路部材を通じて前記リガンド溶液を送液して前記センサ面に前記リガンドを固定した後、前記流路部材を加圧によって変形させることにより前記流路のうち前記センサ面と対向する対向部分の流路断面積を前記固定時よりも小さくする加圧機構と、前記流路部材を通じて前記アナライト溶液を前記センサ面に送液する際に、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面に向けて全反射条件を満たすように光を入射させる光源と、前記薄膜の裏面で反射した反射光を受光する受光部とを備え、全反射減衰によって生じる前記反射光の減衰角の変化を調べることにより、前記リガンド及びアナライトの反応状況を測定することを特徴とする。

前記流路部材は、前記センサ面と対向する対向面に前記対向部分となる溝が形成されるとともに、弾性を備えた材料で形成されることが好ましい。

前記加圧機構は、前記センサユニットと当接して押圧によって前記流路部材を変形させる押圧位置とこの押圧位置から退避する退避位置との間で移動自在に設けられた押圧部と、この押圧部を駆動する駆動部とからなることが好ましい。

前記押圧部は、先端部が楔形をした長尺部材であり、この先端部の傾斜面を前記センサユニットの上面に当接させながらスライドして前記センサユニットを押圧することが好ましい。

本発明は、流路が形成された流路部材を通じてリガンド溶液をセンサ面に送液して固定を行い、その後、前記流路部材を通じてアナライト溶液をセンサ面に送液してリガンドとアナライトとを接触させ、その反応状況を全反射減衰を利用して測定する場合に、前記流路のうち、前記センサ面と対向して配置され前記センサ面と接触させながら前記各溶液を流す対向部分の断面積を、前記流路部材を変形させることにより、前記固定時と前記測定時とで変化させるようにしたから、必要な固定量の確保が容易になるとともに、測定精度の低下を抑えることができる。

図１に示すように、ＳＰＲを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定処工程（データ読み取り工程）と、データ解析工程との３つの工程からなる。ＳＰＲ測定装置は、固定工程を行う固定機１０と、測定工程を行う測定機１１と、測定機１１によって得られたデータを解析するデータ解析機からなる。

測定は、ＳＰＲセンサであるセンサユニット１２を用いて行われる。センサユニット１２は、一方の面がＳＰＲが発生するセンサ面１３ａとなる金属膜１３と、このセンサ面１３ａの裏面の光入射面１３ｂと接合されるプリズム１４と、前記センサ面１３ａと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路１６が形成された流路部材４１とを備えている。

金属膜１３としては、例えば、金が使用され、その膜厚は、例えば、５００ｎｍである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム１４は、その上面に前記金属膜１３が形成される透明な誘電体であり、光入射面１３ｂに向けて、全反射条件を満たすように照射された光を集光する。流路１６は、略Ｕ字形に屈曲された送液管であり、両端には、液体を注入する注入口と、それを排出する排出口となる１対の出入口１６ａ，１６ｂが設けられている。

また、流路１６の底部は、後述するように、開放されており、この開放部位はセンサ面１３ａによって覆われて封止される。これら流路１６とセンサ面１３ａによってセンサセル１７が構成される。後述するように、センサユニット１２は、こうしたセンサセル１７を複数個備えている（図３参照）。

固定工程は、センサ面１３ａにリガンドを固定する工程である。固定工程は、センサユニット１２を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット１９ａ，１９ｂからなるピペット対１９が設けられている。ピペット対１９は、各ピペット１９ａ，１９ｂが、それぞれ出入口１６ａ，１６ｂのそれぞれに挿入される。各ピペット１９ａ，１９ｂは、それぞれが流路１６への液体の注入と、流路１６からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対１９を用いて、出入口１６ａから、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１が注入される。

センサ面１３ａのほぼ中央部には、リガンドと結合するリンカー膜２２が形成されている。このリンカー膜２２は、センサユニット１２の製造段階において予め形成される。リンカー膜２２は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。

リガンド溶液２１を注入するリガンド固定化処理を行う前に、前処理として、まず、リンカー膜２２に対して、固定用バッファ液を送液してリンカー膜２２を湿らせた後、リンカー膜２２へリガンドが結合しやすくするためにリンカー膜２２の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２２としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファによって流路１６が洗浄される。

固定用バッファや、リガンド溶液２１の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、ｐｈを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２２は、カルボキシメチルデキストランにより負（マイナス）に帯電するので、このリンカー膜２２と結合しやすいようにタンパク質を陽（プラス）に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ：phosphatic−buffered，saline）などが使用される場合もある。

こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、センサセル１７へリガンド溶液２１が注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンド２１ａが徐々にリンカー膜２２へ近づいて、結合する。こうしてセンサ面１３ａにリガンド２１ａが固定される。固定化には、通常、約１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で、保管される。なお、固定化が進行している間、流路１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１を攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。

センサ面１３ａへのリガンド２１ａの固定化が完了すると、前記流路１６からリガンド溶液２１が排出される。リガンド溶液２１は、ピペット１９ｂによって吸い出されて排出される。固定化が完了したセンサ面１３ａは、流路１６へ洗浄液が注入されて洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路１６へ注入して、リンカー膜２２のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路１６が洗浄される。この後、後述するように、流路１６には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット１２は、センサ面１３ａが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。

測定工程は、センサユニット１２を測定機１１にセットして行われる。測定機１１にも、固定機１０のピペット対１９と同様のピペット対２６が設けられている。このピペット対２６によって、出入口１６ａから、流路１６へ各種の液が注入される。測定工程では、まず、流路１６へ測定用バッファが注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液２７を注入し、その後、再び測定用バッファが注入される。なお、最初に測定用バッファを注入する前に、いったん流路１６の洗浄を行ってもよい。データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液２７の注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、測定用バッファ注入による結合したアナライトとリガンドの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。

このように、測定工程では、バッファからアナライト溶液２７へ、そして、再びバッファへと、流路１６内の液体が置換される。液置換は、注入済みの液体を流路１６から排出した後、新たに別の液体を注入するのではなく、例えば、流路１６がアナライト溶液２７で満たされている場合には、その状態でバッファを注入し、新たに注入したバッファによってアナライト溶液２７を流路１６から押し出して排出することにより行われる。

測定用バッファや、アナライト溶液２７の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐｈ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にＤＭＳＯ（ジメチル−スルホ−オキシド）を含ませてもよい。このＤＭＳＯは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファは基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を持つ測定用バッファを使用することが好ましい。

なお、アナライト溶液２７は、長期間（例えば、１年）保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のＤＭＳＯ濃度と測定時のＤＭＳＯ濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液２７を注入したときの参照信号（ｒｅｆ信号）のレベルから推定し、測定データに対して補正（ＤＭＳＯ濃度補正）が行われる。

ここで、参照信号（ｒｅｆ信号）とは、後述するように、センサ面上に設けられリガンドが固定されない参照領域に対応するＳＰＲ信号であり、リガンドが固定されアナライトとの反応を生じる測定領域の測定信号（ａｃｔ信号）と比較参照される信号である。測定に際しては、前記測定信号と参照信号の２つの信号が検出され、データ解析に際しては、例えば、それら２つのＳＰＲ信号の差分を取り、これを測定データとして解析がなされる。こうすることで、例えば、複数のセンサセル間の個体差や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の良好な信号が得られるようにしている。

ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７を注入する前に、ＤＭＳＯ濃度が異なる複数種類の測定用バッファをセンサセル１７に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた、ｒｅｆ信号のレベルとａｃｔ信号のレベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。

測定部３１は、照明部３２と検出器３３からなる。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（光入射面に対して照射された光の入射角）の変化として顕れる。そのため、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面１３ｂに対して照射する。照明部３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板を含む光学系３６とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。

光源３４としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode），ＬＤ（Laser Diode），ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が使用される。こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から１つのセンサセルに向けて光が照射される。なお、複数のセンサセルを同時に測定するような場合には、単一光源からの光を分光して複数のセンサセルに照射してもよいし、各センサセルに対して発光素子が１つずつ割り当てられるように複数の発光素子を並べて使用してもよい。拡散板は、光源３４からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、ＳＰＲを生じさせるｐ偏光のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム１４に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線を光入射面１３ｂに入射させることができる。

検出器３３は、光入射面１３ｂで反射する光を受光して、その光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光入射面１３ｂには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面１３ｂでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。検出器３３は、これらの様々な反射角の光線を受光する。センサ面１３ａ上の媒質（表面プラズモンの）に変化が生じると屈折率が変化して、光強度が減衰する反射角（ＳＰＲが発生する共鳴角）も変化する。センサ面１３ａ上にアナライトを送液すると、アナライトとリガンドの反応状況に応じて共鳴角が変化するため、光強度が減衰する反射角も変化する。

検出器３３は、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが使用され、光入射面１３ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光し、それらを光電変換してＳＰＲ信号として出力する。リガンドとアナライトの反応状況は、この受光面内における反射光の減衰位置の推移として顕れる。例えば、アナライトがリガンドと接触する前後では、センサ面１３ａ上の屈折率が異なり、ＳＰＲが発生する共鳴角が異なる。そして、アナライトがリガンドと接触して反応を開始すると、それに応じて共鳴角及びそれに対応する反射角が変化を開始して、前記受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。こうして得た反応状況を表すＳＰＲ信号が、データ解析機９１に出力される。データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号を解析して、アナライトの特性を分析する。

なお、測定部３１の構成が明確になるように、便宜的に、図１では、光入射面１３ｂへの入射光線およびそこで反射する反射光線の向きが、流路１６内の液体の流れ方向と平行になるように、照明部３２および検出器３３を配置した形態で示しているが、図２に示すように、本実施形態では、入射光線および反射光線の向きが、前記流れ方向と直交する方向に照射されるように、照明部３２および検出器３３が配置される。もちろん、測定部３１をこの図１に示しているように配置して測定してもよい。

図２に示すように、リンカー膜２２上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域（ａｃｔ領域）２２ａと、リガンドが固定されず、前記測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（ｒｅｆ領域）２２ｂとが形成される。このｒｅｆ領域２２ｂは、上述したリンカー膜２２を製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー膜２２に対して表面処理を施して、リンカー膜２２の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー膜２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。

検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。これらａｃｔ信号とｒｅｆ信号は、基準レベルの検出から結合反応を経て脱離に至るまで、ほぼ同時に計測される。データ解析は、こうして得られたａｃｔ信号とｒｅｆ信号の差や比を求めて行われる。データ解析機９１は、例えば、ａｃｔ信号とｒｅｆ信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、上述したとおり、センサユニットや各センサセルの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることができるので、精度の高い測定が可能になる。

照明部３２及び検出器３３は、これら各ａｃｔ信号及びｒｅｆ信号の２チャンネルの計測を行うことができるように構成されている。例えば、照明部３２を、１個の発光素子を反射ミラー等を用いて、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂのそれぞれに向けて入射する複数の光線に分光する。そして、各チャンネル用の複数のフォトダイオードアレイで構成した検出器３３により、各光線をそれぞれ受光する。

また、検出器３３として、ＣＣＤエリアセンサを用いた場合には、同時に受光した各チャンネルの反射光を画像処理によってａｃｔ信号とｒｅｆ信号として認識することもできる。しかし、こうした画像処理による方法が難しい場合には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂに対して入射させるタイミングを微小時間ずらして、各チャンネルの信号を受光するようにしてもよい。入射タイミングをずらす方法としては、例えば、光路上に、配置角度が１８０℃ずれた位置に２つの孔が形成された円板を配置し、この円板を回転させることにより、各チャンネルの入射タイミングがずらされる。各孔は、中心からの距離が各領域２２ａ，２２ｂの間隔だけ異なる位置に配置されており、これにより、一方の孔が光路内に進入したときには、ａｃｔ領域２２ａに光線が入射し、他方の孔が光路内に進入したときには、ｒｅｆ領域２２ｂに光線が入射する。

図３は、センサユニット１２の分解斜視図である。センサユニット１２は、流路１６が形成される流路部材４１と、上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、流路部材４１を、プリズム１４の上面と接合させた状態で保持する保持部材４２と、保持部材４２の上方に配置される蓋部材４３とからなる。

プリズム１４には、その上面に、蒸着によって金属膜１３が形成される。この金属膜１３は、流路部材４１に形成された複数の流路１６と対向するように短冊状に形成される。さらに、この金属膜１３の上面（センサ面１３ａ）には、各流路１６に対応する部位に、リンカー膜２２が形成される。また、プリズム１４の長手方向の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれる。流路部材４１の底面４１ｂは、プリズム１４の上面と対向する対向面であり、流路部材４１は、その底面４１ｂとプリズム１４の上面とが圧接した状態で保持される。こうして、流路部材４１、金属膜１３およびプリズム１４が組み立てられて、センサユニット１２が完成する。

また、プリズム１４の短辺方向の両端部には、突部１４ｂが設けられている。後述するように、センサユニット１２は、ホルダ５２（図４参照）に収納された状態で、固定が行われる。突部１４ｂは、ホルダ５２と係合することにより、センサユニット１２をホルダ内の所定の収納位置に位置決めするためのものである。

このプリズム１４の素材としては、例えば、ホウケイクラウン（ＢＫ７）やバリウムクラウン（Ｂａｋ４）などに代表される光学ガラスや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）などに代表される光学プラスチックなどが用いられる。

保持部材４２の上部には、各流路１６の出入口１６ａ，１６ｂに対応する位置に、ピペット（１９ａ，１９ｂ，２６ａ，２６ｂ）の先端が進入する受け入れ口４２ｂが形成されている。受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出される液体が各出入口１６ａへ導かれるように、漏斗形状をしている。保持部材４２が流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合すると、受け入れ口４２ｂの下面は、出入口１６ａ，１６ｂと接合して、受け入れ口４２ｂと流路１６とが連結される。

また、これら各受け入れ口４２ｂの両脇には、円筒形のボス４２ｃが設けられている。これらのボス４２ｃは、蓋部材４３に形成された穴４３ａと嵌合して、蓋部材４３を位置決めするためのものである。蓋部材４３は、受け入れ口４２ｂおよびボス４２ｃに対応する位置に穴が空けられた両面テープ４４によって、保持部材４２の上面に貼り付けられる。

蓋部材４３は、流路１６に通じる受け入れ口４２ｂを覆うことで、流路１６内の液体の蒸発を防止する。蓋部材４３は、弾性部材、例えば、ゴムやプラスチックで形成されており、各受け入れ口４２ｂに対応する位置に、十字形のスリット４３ｂが形成されている。蓋部材４３は、流路１６内の液体の蒸発を防止するためのものであるから、受け入れ口４２ｂを覆う必要があるが、完全に覆ってしまっては、ピペットを受け入れ口４２ｂに挿入することができない。そこで、スリット４３ｂを形成することで、ピペットの挿入を可能とするとともに、ピペットを挿入していない状態では、受け入れ口４２ｂが塞がれるようにしている。スリット４３ｂは、ピペットが押し込まれると、スリット４３ｂの周辺が弾性変形（図１参照）して、スリット４３ｂの口が大きく開いて、ピペットを受け入れる。そして、ピペットを抜くと、弾性力によってスリット４３ｂが初期状態に復帰して、受け入れ口４２ｂを塞ぐ。

流路部材４１は長尺状をしており、３つの流路１６が、その長手方向に沿って配列されている。上述したとおり、流路１６は、略Ｕ字形をしており、流路部材４１の底面４１ｂに形成されセンサ面１３ａと対向して液体をセンサ面１３ａと接触させながらそれと平行に流す対向部分１６ｃと、一端が対向部分１６ｃと接続し、他端にそれぞれ出入口１６ａ，１６ｂが形成され、対向部分１６ｃから垂直に立ち上がって流路部材４１を上下方向に貫通する貫通部分１６ｄとからなる。出入口１６ａから流路１６へ注入された液体は、垂直部分を通って対向部分１６ｃに流れ込み、センサ面１３ａに送液される。

図４に示すように、対向部分１６ｃは、底面４１ｂに形成された溝であり、底面４１ｂが金属膜１３と当接すると、溝がセンサ面１３ａによって封止される。こうして流路１６は、金属膜１３とともにセンサセル１７（図１参照）を構成する。

図５に示すように、流路１６の１対の出入口１６ａ，１６ｂの間隔は、例えば、約１０ｍｍである。貫通部分１６ｄの直径Ｄは、約０．７〜０．８ｍｍである。対向部分１６ｃの幅Ｗは、約１ｍｍである。また、センサ面１３ａと対向部分１６ｃの天上までの間隔である流路１６の高さ（以下、流路高さという）Ｈは、後述するように、約０．３ｍｍ〜約０．５ｍｍの間で可変になっている。

というのは、固定処理の際には、この流路高さＨが高い方が、対向部分１６ｃの容積が大きくなるのでより多くのリガンドを注入することができ、センサ面１３ａに固定されるリガンドの固定量が多くなる。こうしたメリットは、固定の際に、リガンド溶液を流路１６に注入した後、流路１６内のリガンド溶液の流れを止めて、流路１６内で滞留させる、いわゆるフロー＆ストップ方式で送液する場合において、特に顕著である。フロー＆ストップ方式の送液方法は、リガンド溶液を流路１６内で滞留させることなく流し続ける、いわゆる連続フロー（Continuous Flow）方式の送液方法と比べて、リガンド溶液内のリガンドの自然拡散を利用して固定量を得る割合が高い。流路高さが高ければ容積が大きくなり、リガンドの拡散率が上昇するので固定量が上がる。そのため、流路高さを高くすることのメリットは、連続フロー方式と比べて、より自然拡散に対する依存率が高いフロー＆ストップ方式の方が大きい。

他方、測定処理は、反応の時間変化を調べるため、センサ面１３ａにおいて異種の液体（例えば、バッファとアナライト溶液）が混ざることなく短時間で置換されることが重要になる。このため、測定処理の際には、固定処理とは反対に、流路高さＨは、低ければ低いほどよい。というのは、例えば、センサ面１３ａからのアナライトの脱離反応を検出する場合には、アナライト溶液２７からバッファ４５へ流路１６内の液体が置換される。対向部分１６ｃを流れるアナライト溶液２７は、粘性のために、流路の中心からその内壁に相当するセンサ面１３ａに向かって速度勾配を持ち、センサ面１３ａ付近の流速は中心と比べて低下する。この流速の低下は流路高さＨが低いほど抑制されるので、新たに注入されたバッファ４５によってセンサ面１３ａ上のアナライトが押し出されて、その残留量が減る。これにより、短時間で高い液置換率が確保される。なお、測定処理において流路高さを低くすることは、上記各送液方法（フロー＆ストップ方式及び連続フロー方式）のいずれにおいても効果的である。

図６は、測定時（結合反応から脱離反応まで）のＳＰＲ信号のグラフであり、図６（Ａ）は、流路高さＨが５００μｍの場合のグラフであり、図６（Ｂ）は、流路高さＨが３００μｍの場合のグラフである。ここで、ＳＰＲ信号の単位ＲＵ（レゾナンスユニット）は、センサ面１３ａ上の屈折率変化による減衰角の変化量を表し、それが高ければ高いほど変化量は大きい。

まず、流路１６をバッファ４５で満たして、ＳＰＲ信号のベースラインが測定される。この状態で、流路１６へアナライト溶液２７が注入されると、バッファ４５が押し出されてセンサ面１３ａにアナライト溶液２７が送られる。そうすると、センサ面１３ａ上でリガンドとアナライトの結合反応が生じ、ＳＰＲ信号のレベルが上昇する。この後、アナライト溶液２７を流路１６内に満たした状態で、バッファ４５が流路１６へ注入されて、アナライト溶液２７からバッファ４５へ置換される。この置換時の測定信号から脱離反応が解析される。図６（Ａ），（Ｂ）の各グラフからわかるように、バッファ４５を１回注入したときの信号レベルが、図６（Ａ）に示す流路高さＨ＝５００μｍの場合の方が、図７（Ｂ）に示す流路高さＨ＝３００μｍの場合よりも高い。これは、センサ面１３ａ上のアナライトの残留量が多いことを意味し、液置換が遅れていることを表している。流路高さＨ＝５００μｍの場合でも、２回目のバッファ４５の注入により、信号レベルがベースラインに復帰するが、このように置換が遅れると、流路高さＨ＝３００μｍの場合と比較して、脱離反応の反応速度の測定精度が低下する。このように、固定処理と測定処理とでは、要求される流路高さＨの値が異なる。そのため、流路部材４１は、流路高さＨが約３００μｍ〜約５００μｍの間で可変にされている。

図７及び図８は、それぞれ流路部材４１の断面図であり、図７は、流路１６の対向部分１６ｃを流れ方向と平行に切断した断面を示し、図８は、流路１６の対向部分１６ｃを流れ方向と直交して切断した断面を示す。流路部材４１は、その基本的な形状を決める骨格部分となる本体４６と、本体４６の底面と本体４６の流路部分の内壁面とを覆う被覆部４７とからなる。本体４６は、比較的硬質な硬質材料で形成され、被覆部４７は、前記硬質材料よりも軟質な軟質材料で形成される。これら本体４６と、被覆部４７とは、同一金型内で異なる複数の材料を組み合わせて成形する成形法であるいわゆる二色成形法（ダブルモールド）によって一体成形される。

流路１６は、対向部分１６ｃばかりでなく各貫通部分１６ｄの内壁も被覆部４７によって覆われる。これにより、固定機４のピペット対１９や測定機６のピペット対２６（図１参照）が挿入されたときに、被覆部４７が変形して各ピペットの先端と貫通部分１６ｄとの間の隙間が埋められる。

流路部材４１は、保持部材４２とプリズム１４との間に挟み込まれて、両者が係合すると、その底面４１ｂを構成する被覆部４７がセンサ面１３ａに圧接される。被覆部４７には、その対向部分１６ｃの周縁部において、センサ面１３ａに向かって突出した突出部４７ａが形成される。この突出部４７ａがセンサ面１３ａと圧接し、この圧接により突出部４７ａが変形して、対向部分１６ｃの底部がセンサ面１３ａによって水密に塞がれる。

こうして、流路部材４１は挟持によって変形するが、加圧によって流路部材４１の全体が変形してしまうと、流路１６とセンサ面１３ａとの相対位置の位置がずれる等の不都合が生じる。そのため、流路部材４１の本体４６に硬質材料を使用することにより、流路部材４１の剛性を確保している。このように、硬さが異なる２種類の材料で流路部材４１を形成することにより、対向部分１６ｃの水密性を確保しつつ、流路１６とセンサ面１３ａとの位置ズレが防止される。

また、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、流路部材４１は、加えられる押圧力の変化に応じて変形量が変わる。これにより、流路高さＨを固定時と測定時で変化させることができる。図８（Ａ）は、保持部材４２とプリズム１４とによる挟持圧力のみによって流路部材４１とセンサ面１３ａとが圧接しているときの標準状態を示し、この標準状態で固定処理がなされる。図８（Ｂ）は、前記挟持圧力以上の押圧力Ｆを加えたときの流路部材４１とセンサ面１３ａとが圧接しているときの状態を示し、この状態で測定処理がなされる。固定処理のときの流路高さＨは、例えば、約５００μｍであり、これを標準的な流路高さとすると、測定処理のときの流路高さＨは、標準的な流路高さよりも低い高さ、例えば、約３００μｍにされる。これにより、固定時には流路高さを高くして（流路断面積を大きくして）、固定量を稼ぐことができるとともに、測定時には流路高さを低くして、測定精度を向上させることができる。

なお、本例では、固定時の流路高さＨを約５００μｍとし、測定時の流路高さＨを約３００μｍとしているが、上述したとおり、固定時の流路断面積は大きければ大きいほどよく、測定時の流路高さＨは低ければ低いほどよい。そのため、例えば、固定時と測定時のそれぞれ流路高さの変化量を大きくして、固定時の流路高さをより高く、測定時の流路高さをより低くしてもよい。

突出部４７ａは、流路部材４１を変形しやすくするためのものである。すなわち、この突出部４７ａを設けることで、それが無い場合と比べて、流路高さＨを変化させるための変形部分の容積を小さくすることができるので、小さい力で流路高さＨを変化させることが可能になる。本体４６には、この突出部４７ａの内部に、突出部４７ａの変形量を規制することにより、流路高さＨの変化量を規制する規制部４６ａが設けられている。規制部４６ａは、例えば、本体４６と一体に成形される。この規制部４６ａを設けることにより、流路部材４１に所定値以上の力が加わった場合でも、必要以上に流路高さＨが低くなることが防止される。

本体４６及び被覆部４７の材料としては、それぞれ硬さが異なるゴム，プラスチック，シリコンなどが使用される。被覆部４７は、流路１６の内壁面を構成し、流路１６を流れる試料溶液と接する。そのため、被覆部４７に使用される軟質材料としては、試料溶液中に溶解した試料の吸着が少ない材料であることが好ましい。しかし、試料は、その特性が未知であるのが通常であるので、それがどういった材料に対して吸着するかが予めわからない場合が多い。そのため、多様な物質に対する吸着性が少ない、いわゆる非特異吸着の少ない材料であることが好ましい。こうした非特異吸着の少ない材料としては、例えば、非晶質ポリオレフィンエラストマーなどがある。なお、本体４６に使用される硬質材料としては、例えば、ポリプロピレンなどの晶質ポリオレフィンが用いられる。

また、被覆部４７の材料としては、加圧によって変形可能であることが必要であるが、弾性変形する材料でもよいし、１度測定処理を行った後、センサユニット１２を再使用しないのであれば、塑性変形する材料でもよい。しかし、被覆部４７は、流路１６の水密性を確保する必要があるので、弾性を備えていた方が好ましい。

図９に示すように、固定機１０は、筐体のベースとなる筐体ベース５０上に、複数のセンサユニット１２を載置する載置スペース５１が確保されている。センサユニット１２は、この載置スペース５１で載置された状態で固定工程のすべての処理が施される。したがって、この載置スペース５１は、センサユニット１２に対して固定工程を実行する固定ステージとなる。

センサユニット１２は、ホルダ５２に収納された状態で固定機１０にセットされる。ホルダ５２は、センサユニット１２を複数個（例えば、８個）収納できるようになっている。ホルダ５２には、センサユニット１２の突部１４ｂと嵌合して、センサユニット１２を位置決めする嵌合部が設けられている。また、ホルダ５２の底部は、センサユニット１２の両端部を支持する支持部を除いて、開口になっている。後述するように、測定工程において、センサユニット１２をホルダ５２から取り出す場合には、この開口から押し上げ部材８１ａ（図１０参照）が挿入されてセンサユニット１２が押し上げられる。

載置スペース５１には、ホルダ５２を、例えば、１０個並べて配置することができるようになっており、その数に応じた台座５３が設けられている。各台座５３上には、ホルダ５２を位置決めする位置決め用のボスが設けられている。

固定機１０には、ヘッド本体にピペット対１９を３組連装したピペットヘッド５４が設けられている。このピペットヘッド５４が、載置スペース５１に配列されたセンサユニット１２にアクセスして、液体の注入や排出を行う。ピペットヘッド５４には、ピペット対１９が３組設けられているので、１つのセンサユニット１２に含まれる３つのセンサセル１７に対して同時に液体を注入（および排出）することができる。固定機１０には、図示しないコントローラが設けられており、このコントローラによって、各ピペット対１９の吸い込みや吐き出しの動作に関して、そのタイミング、吸い込み量および吐き出し量などが、ピペットヘッド５４ごとにそれぞれ制御される。

筐体ベース５０には、このピペットヘッド５４をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させるヘッド移動機構５６が設けられている。ヘッド移動機構５６は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、ピペットヘッド５４を上下させる昇降機構と、この昇降機構ごとピペットヘッド５４をＹ方向へ移動自在に保持するガイドレール５８を含むＹ方向移動機構と、前記ガイドレール５８を両端で保持し、ガイドレール５８毎、ピペットヘッド５４をＸ方向へ移動させるＸ方向移動機構とからなる。ヘッド移動機構５６は、コントローラによって制御されており、コントローラは、このヘッド移動機構５６を駆動して、ピペットヘッド５４の上下左右の位置を制御する。

筐体ベース５０上には、流路１６へ注入する種々の液体（リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ，乾燥防止液，活性化液，ブロッキング液など）を保管する複数の液保管部６１が設けられている。液保管部６１の数は、使用する液体の種類に応じて決定される。各液保管部６１には、挿入口が６個並べて設けられている。この挿入口の数および配列ピッチは、ピペットヘッド５４のピペットの数と配列ピッチに応じて決められる。ピペットヘッド５４は、センサセル１７へ液体を注入する場合には、各液保管部６１へアクセスして、所望の液体を吸い込み、その後、載置スペース５１へ移動して、センサユニット１２へ注入する。

また、筐体ベース５０上には、ピペットチップ６２を保管するピペットチップ保管部６３が設けられている。ピペットチップ６２は、ピペット１９ａ，１９ｂの先端部に交換可能に取り付けられる。ピペットチップ６２は、液体と直接接触するので、このピペットチップ６２を介して異種の液体の混液が生じないように、使用する液体毎に交換される。各ピペット１９ａ，１９ｂには、ピペットチップ６２のピックアップとリリースを行う機構が設けられており、ピペットチップ６２の交換が自動的に行われるようになっている。ピペットチップ６２を交換する際には、ピペットヘッド５４は、まず、使用済みのピペットチップ６２を図示しない廃却部でリリースし、この後、ピペットチップ保管部６３にアクセスして未使用のピペットチップ６２をピックアップする。

また、符合６４は、複数のウエル状の升がマトリックスに配列されたウエルプレートであり、ピペットで吸い上げた液体を一時的に保管したり、複数種類の液体を混合して混合液を調整する際に用いられる。

固定を開始する際には、固定機１０の筐体はカバー（図示せず）によって覆われて、載置スペース５１を含む固定機１０の内部は、外部から遮蔽される。固定機１０内の温度は、温度調節器（図示せず）によって調節が可能になっている。センサセル１７にリガンドを注入後、センサ面１３ａへのリガンド２１ａの固定化が完了するまでの間、センサユニット１２は、載置スペース５１上で所定時間保管される。この保管中に、必要に応じて流路１６内のリガンド溶液２１が攪拌される。この間の固定化の進行度合いは、センサユニット１２の環境条件（温度）によって左右される。そのため、温度調節器によって固定機１０の内部温度が所定の温度に保たれる。設定される温度や静置時間などは、リガンド２１ａの種類などに応じて適宜決められる。

固定が完了すると、センサセル１７に対して、バッファ（洗浄液）が注入される。バッファは、センサセル１７をリガンド溶液で満たしたままの状態で、バッファを吸い込んだピペット１９ａをスリット４３ｂへ挿入して、センサセル１７へ注入される。バッファが注入口１６ａから流路へ吐き出されると、流路１６に注入済みのリガンド溶液が排出口１６ｂに向けて押し出されて、排出される。そして、ピペット１９ａの注入動作に連動して吸い込み動作を行うピペット１９ｂによって、排出されるバッファが吸い込まれる。これにより、センサセル１７内の液の置換（入れ替え）が行われる。

そして、洗浄が終了した後、上記と同様の手順によって、センサセル１７に対して、リガンド２１ａの乾燥を防止する乾燥防止液を注入してもよい。こうしておくことで、測定が開始されるまでの間、リガンドの乾燥が防止される。

図５に示すように、測定機１１は、ホルダ搬送機構７１、ピックアップ機構７２、ヘッド移動機構７３、測定ステージ７４からなり、これらの各部が筐体７５に収容されている。ホルダ搬送機構７１は、搬送ベルト７６と、この搬送ベルト７６に取り付けられたキャリッジ７７と、このキャリッジ７７に取り付けられ、固定済みのセンサユニット１２が収納されたホルダ５２を載置するプレート７８とからなる。ホルダ搬送機構７１は、ホルダ５２が載置されたプレート７８をＸ方向へ移動させることにより、ホルダ５２内の各センサユニット１２を、ピックアップ機構７２がピックアップするピックアップ位置へ運ぶ。

ピックアップ機構７２は、ホルダ５２からセンサユニット１２をピックアップする機構であり、ホルダ５２に収納されたセンサユニット１２を下方から上方に向けて押し上げる押し上げ機構８１と、この押し上げ機構８１によってホルダ５２の上方に押し上げられたセンサユニット１２を両脇から挟み込んで保持するハンドリングヘッド８２とからなる。
上述したとおり、ホルダ５２の底部は開口になっており、また、プレート７８も、その開口に対応する位置が中空になっている。押し上げ機構８１は、プレート７８の下方から上昇して、プレート７８を通過し、ホルダ５２の開口へ進入してセンサユニット１２の底面と当接して、これを押し上げる押し上げ部材８１ａと、この押し上げ部材８１ａを駆動して上下に昇降させる押し上げ部材駆動機構８１ｂとからなる。

ハンドリングヘッド８２は、センサユニット１２を挟み込む１対の爪が設けられており、この爪でセンサユニット１２を掴んで保持する。ハンドリングヘッド８２は、ヘッド本体８２ａがナット８４を介してボールネジ８６に取り付けられており、ホルダ５２上方のピックアップ位置と、測定ステージ７４との間で移動自在に設けられている。ハンドリングヘッド８２は、ピックアップ位置でセンサユニット１２を掴み、それを保持した状態でＹ方向へ移動して、センサユニット１２を測定ステージ７４へ運ぶ。また、測定が終了した後、ピックアップ位置へ復帰して、使用済みのセンサユニット１２をホルダ５２上でリリースしてホルダ５２へ戻す。

測定ステージ７４には、センサユニット１２が配置される位置の下方に、照明部３２と、検出器３３とが配置されている。測定ステージ７４には、断面が略三角形の取り付け台９０が設けられており、照明部３２と検出器３３は、この取り付け台９０の対向する各斜面にそれぞれ取り付けられる。ハンドリングヘッド８２によってピックアップ位置から運ばれてきたセンサユニット１２は、その底面が取り付け台９０の頂上に設けられたガイドレールと嵌合することによって進路をガイドされながら測定ステージ７４へ運ばれる。

センサユニット１２は、複数のセンサセル１７を有しており、測定は各センサセル１７毎に行われる。測定ステージ７４では、センサユニット１２を各センサセル１７の配列ピッチでＹ方向に移動させることにより、各センサセル１７を、照明部３２の光路上の測定位置に順次進入させる。

なお、この図に示すように、センサユニット１２へ照射される入射光線およびセンサ面１３ａで反射する反射光線の向きと、センサセル１７の配列方向、すなわち、流路１６の水平部分の流れ方向とが直交するように、照明部３２および検出器３３が配置される。

測定ステージ７４の傍らには、アナライト溶液２７を保管するウエルプレート８８がプレート上に載置される。例えば、このウエルプレート８８の各ウエルには、異なる種類のアナライト溶液２７が収容される。なお、図示しないが、測定機１１には、ピペット対２６がアクセス可能な位置に、測定用バッファや洗浄液を収容するウエルプレート、交換用ピペットチップを収容するピペットチップ保管部が設けられている。

ヘッド移動機構７３は、ピペット対２６を有するピペットヘッド８７を、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向に移動させながら、ピペットヘッド８７を測定位置にあるセンサユニット１２と、ウエルプレート８８とに運ぶ。ヘッド移動機構７３は、固定機１０のヘッド移動機構５６とほぼ同様の構成である。ピペットヘッド８７は、測定対象となるセンサセル１７にアクセスして、液の注入及び排出を行う。ピペットヘッド８７は、測定対象となる特定のセンサセル１７に対して、１つずつ、液体の注入および排出を行うものであるから、固定機１０のピペットヘッド５４とは異なり、ピペット対２６が１組だけ設けられている。

アナライトとリガンドとの結合反応を測定する際には、ピペットヘッド８７が、ウエルプレート８８にアクセスして、所望のアナライト溶液２７を吸い込み、測定ステージ７４へ移動して、測定位置にあるセンサセル１７にアナライト溶液２７を注入する。測定部３１によるデータ読み取りは、アナライト溶液２７を注入する前から開始され、アナライト溶液２７が排出されるまで行われる。この間、検出器３３が出力するＳＰＲ信号は、測定データとしてデータ解析機９１に送信される。データ解析機９１は、この測定データに基づいてアナライトとリガンドの反応状況を分析する。

また、測定ステージ７４には、測定位置にセットされたセンサユニット１２の上面を押圧して、流路高さＨを標準的な高さよりも低くするための加圧機構９３が設けられている。図１１及び図１２に示すように、加圧機構９３は、測定位置に進入してセンサユニット１２の上面を押圧する加圧位置と、測定位置から退避する退避位置との間で移動自在に設けられた押圧部１００と、この押圧部９６を移動させる駆動ギヤ９７と、この駆動ギヤ９７を回転させるモータ９９とからなる。

押圧部１００は、１対の長尺部材１０１，１０２からなり、各長尺部材１０１，１０２は、その後端部分がホルダー１０６のガイドレール１０６ａに取り付けられてスライド自在に保持される。各長尺部材１０１，１０２は、センサユニット１２の移動経路と直交する方向にスライドして、それぞれの先端部１０３，１０４が測定位置に進入してセンサユニット１２と当接する。センサユニット１２は、ハンドリングヘッド８２のアーム８２ｂにホールドされた状態で、測定位置に進入する。この進入時、押圧部１００は、アーム８２ｂとぶつかることがないように退避位置に移動する。これによりセンサユニット１２の進入経路が確保される。そして、センサユニット１２が測定位置にセットされた後、押圧部１００は、各アーム８２ｂの間から、測定位置に向けてスライドする。

長尺部材１０１，１０２の各先端部１０３は、略楔形をしている。先端部１０３は、それとセンサユニット１２と当接する当接面１０３ａが傾斜しており、先端が細く後端に向かって厚みが増す。退避位置から押圧位置に向けて、各長尺部材１０１，１０２が平行移動すると、図１２の二点鎖線で示すように、まず、各当接面１０３ａの中腹がセンサユニット１２の上面の角に当接する。さらに、各長尺部材１０１，１０２が同方向に進むと、各当接面１０３ａとセンサユニット１２の当接位置が後端側に移動しながら、各先端部１０３がセンサユニット１２の上方に進入する。各先端部１０３の厚みは後端に向けて増加するから、当接位置が移動していくに従って押圧力が増加する。センサユニット１２の底面は取り付け台９０によって支持されているので、この押圧力によって流路部材４１の被覆部４７が変形して、二点鎖線で示す位置から実線で示す位置に向かってセンサユニット１２が下方に沈み込む。

各長尺部材１０１，１０２の移動がさらに進むと、センサユニット１２に対する当接位置が、当接面１０３ａを過ぎて水平部分に達し、この水平部分によってセンサユニット１２が幅方向（流路の流れ方向と直交する方向）に均一な力で押圧される。こうして、流路高さＨが、標準流路高さよりも下げられる。

また、測定対象となるセンサセル１７には、その上方からピペット２６が下降して配置されるので、押圧部１００によってその上面を塞ぐことができない。各長尺部材１０１，１０２の間隔は、各長尺部材１０１，１０２が測定対象となるセンサセル１７の両脇に配置されるように決定される。こうして、１対の長尺部材１０１，１０２でセンサユニット１２を押圧するので、流路１６がその流れ方向において傾いてしまうことがない。

各長尺部材１０１，１０２の後端部分には、それぞれラックギヤ１０８が形成されており、このラックギヤ１０８と駆動ギヤ９７が噛合する。モータ９９が回転すると、駆動ギヤ９７が回転して、その回転方向に応じて各長尺部材１０１，１０２が進退する。

以下、上記構成による作用について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。まず、リガンドが未固定のセンサユニット１２を固定機１０にセットして、各センサセル１７にリガンド溶液を注入して、流路１６内で滞留させる。こうしてリガンド溶液をセンサ面１３ａに接触させて、リガンドを固定する。この固定時のリガンド溶液の流路１６への注入は、標準流路高さ（Ｈ＝５００μｍ）で行われる。このため、リガンド溶液の注入量が多くなるので固定量を多くすることができる。リガンドが固定された後、流路１６へバッファが注入される。

固定済みセンサユニット１２は、測定機１１にセットされる。ハンドリングヘッド８２によって、ホルダ５２からセンサユニット１２が１つピックアップされて、測定ステージ７４に送られる。センサユニット１２が測定ステージ７４に進入する際には、押圧部１００は、退避位置に移動している。センサユニット１２が測定位置にセットされると、押圧部１００が各アーム８２ｂの間から測定位置に進入する。押圧部１００が、センサユニット１２の上面と当接し、押圧位置へ移動すると、センサユニット１２が上方から押圧されて、流路部材４１が変形して流路高さが低くなる。この状態で測定処理が行われる。測定処理では、アナライト溶液が注入されて、その後再びバッファが注入される。この間、ＳＰＲ信号が取得されて、アナライトとリガンドとの結合反応と、それらの脱離反応が測定される。測定処理は、流路高さＨを低くして行われるので、置換速度が速くなり、高い測定精度が確保される。

上記実施形態のセンサユニットの加圧機構の構成は、１例であり、上記以外の各種の構成が考えられ、いずれでもよい。例えば、ピペットと同じように、センサユニットの上方から押圧部材を下降させて、センサユニットの上面から押圧するようにしてもよい。

また、流路部材を硬質材料と軟質材料で二色成形した例で説明したが、変形可能な単一の材料で成形してもよい。また、上記実施形態では、流路部材の底面に突出部を設けた例で説明している。突出部があることで小さな力で変形できるというメリットが得られるが、突出部はなくてもよい。

上記実施形態では、３つの流路を１列に並べたセンサユニットを使用した例で説明しているが、１ユニットに含まれる流路の数は３つに限らず、１つでもよいし、３つ以上設けてもよい。

また、センサユニットとして、金属膜、流路、プリズムを一体化した例で説明したが、これらのうち、プリズムをセンサユニットの構成要素から除いて、装置側に組み込んでもよい。また、流路と金属膜とが一体化されたセンサユニットを用いずに、上記チップ型センサを用いて測定を行う場合にも本発明を適用することもできる。チップ型センサを用いる場合には、測定装置に流路部材を設け、その流路の高さを測定時に固定時よりも低くして流路の断面積を小さくする。

なお、上記実施形態では、リガンドを固定する固定ステージと、アナライトとリガンドの反応を測定する測定ステージとを、それぞれ別筐体に設けた例で説明したが、両者を同一筐体内に配置してもよい。また、測定ステージと固定ステージとを別にしなくてもよく、１つのステージで固定と測定を行ってもよい。

また、本実施形態では、センサ面上にＳＰＲを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出するＳＰＲセンサを例に説明したが、本発明のセンサユニット及び測定方法は、ＳＰＲセンサに限らず、全反射減衰を利用した測定に用いられる他のセンサ及び測定方法にも適用することができる。全反射減衰を利用するセンサとしては、ＳＰＲセンサの他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を透過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、ＳＰＲの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応が測定される。

ＳＰＲ測定方法の説明図である。 リンカー膜上のａｃｔ領域とｒｅｆ領域の説明図である。 センサユニットの構成図である。 流路部材の底面を示す斜視図である。 流路の寸法の説明図である。 測定時のＳＰＲ信号波形を示すグラフである。 流れ方向に沿って切断した流路部材の断面図である。 流れ方向と直交する方向で切断した流路部材の断面図である。 固定機の説明図である。 測定機の説明図である。 加圧機構の説明図である。 押圧部の動作の説明図である。 固定処理及び測定処理のフローチャートである。

符号の説明

１０ 固定機
１１ 測定機
１２ センサユニット
１３ 金属膜
１３ａ センサ面
１６ 流路
１６ｃ 対向部分
１７ センサセル
４１ 流路部材
４６ 本体
４６ａ 規制部
４７ 被覆部
４７ａ 突出部

Claims (15)

1. 透明な誘電体と、この誘電体上に形成され表面がリガンドとアナライトの反応を検知するセンサ面となる薄膜と、前記センサ面に固定される前記リガンドが含まれるリガンド溶液と前記リガンドが固定された前記センサ面に前記アナライトを含むアナライト溶液とを送液する流路が形成された流路部材とからなり、前記リガンドを固定後、前記アナライト溶液を送液しながら、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面の光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させたときに前記薄膜の裏面で反射した反射光の減衰角が前記リガンドとアナライトとの反応状況に応じて変化する全反射減衰を利用したセンサユニットにおいて、
   前記流路部材には、前記流路のうち前記センサ面と対向する対向部分として、前記センサ面と対向して配置され、前記各試料溶液を前記センサ面と接触させながら流す溝が形成されるとともに、この流路部材の少なくとも一部を加圧により変形可能な材料で形成することで、前記溝の断面積を可変にしたことを特徴とする全反射減衰を利用したセンサユニット。
2. 前記流路部材は、前記溝が形成され前記センサ面と対向する対向面が変形可能な材料で形成されていることを特徴とする請求項２記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
3. 前記流路部材は、前記溝の周縁部に前記センサ面に向けて突き出す突出部が設けられており、この突出部を変形可能な材料で形成し、これを前記センサ面と当接させることを特徴とする請求項１又は２記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
4. 前記変形可能な材料は、弾性を備えていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
5. 前記断面積が必要以上に小さくなることがないように、前記流路部材の変形量を規制する変形量規制部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
6. 前記流路部材は、基本的な形状を決定する骨格部分となる本体と、この本体の周面の少なくとも一部に被覆される被覆部とからなり、この被覆部を変形可能な材料にしたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
7. 前記突出部は、前記被覆部の一部として設けられており、前記変形量規制部は、前記本体と一体に形成されるとともに、前記突出部の内部に配置されることを特徴とする請求項６記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
8. 前記本体と前記被覆部は、それぞれ硬度の異なる２種類の材料が使用され、前記流路部材は、前記２種類の材料を用いて２色成形されることを特徴とする請求項６又は７記載の全反射減衰を利用したセンサユニット。
9. 透明な誘電体上に形成された薄膜の表面をリガンド及びアナライトの反応を検知するセンサ面として用い、このセンサ面にリガンドを含むリガンド溶液を送液してリガンドを固定した後、前記センサ面に前記アナライトを含むアナライト溶液を送液して前記リガンドとアナライトとを接触させるとともに、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面に向けて全反射条件を満たすように光を入射させ、前記薄膜の裏面で反射した反射光を受光して、全反射減衰によって生じる前記反射光の減衰角の変化を調べることにより、前記リガンドとアナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、
   前記リガンド溶液及びアナライト溶液を前記センサ面へ送液する際に、前記センサ面と対向して配置され前記各溶液を前記センサ面と接触させながら流す流路が形成された流路部材を用い、この流路部材を変形させることにより、前記固定時よりも前記流路の断面積を小さくして前記測定を行うことを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。
10. 前記固定の際に、前記リガンド溶液を、前記流路に注入した後、前記流路内で滞留させることを特徴とする請求項９記載の全反射減衰を利用した測定方法。
11. 透明な誘電体とこの誘電体上に形成される薄膜とからなり、その薄膜の表面がリガンドとアナライトの反応を検知するセンサ面となるセンサユニットが着脱自在にセットされるステージと、
    前記センサ面と対向して配置され前記リガンドを含むリガンド溶液及びアナライトを含むアナライト溶液を前記センサ面と接触させながら流す流路が形成された流路部材に前記各溶液を注入する注入手段と、
    前記流路部材を通じて前記リガンド溶液を送液して前記センサ面に前記リガンドを固定した後、前記流路部材を加圧によって変形させることにより前記流路のうち前記センサ面と対向する対向部分の流路断面積を前記固定時よりも小さくする加圧機構と、
    前記流路部材を通じて前記アナライト溶液を前記センサ面に送液する際に、前記誘電体を通じて前記薄膜の裏面に向けて全反射条件を満たすように光を入射させる光源と、
    前記薄膜の裏面で反射した反射光を受光する受光部とを備え、
    全反射減衰によって生じる前記反射光の減衰角の変化を調べることにより、前記リガンド及びアナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定装置。
12. 前記流路部材は、前記センサ面と対向する対向面に前記対向部分となる溝が形成されるとともに、弾性を備えた材料で形成されることを特徴とする請求項１１記載の全反射減衰を利用した測定装置。
13. 前記加圧機構は、前記センサユニットと当接して押圧によって前記流路部材を変形させる押圧位置とこの押圧位置から退避する退避位置との間で移動自在に設けられた押圧部と、この押圧部を駆動する駆動部とからなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の全反射減衰を利用した測定装置。
14. 前記押圧部は、先端部が楔形をした長尺部材であり、この先端部の傾斜面を前記センサユニットの上面に当接させながらスライドして前記センサユニットを押圧することを特徴とする請求項１３記載の全反射減衰を利用した測定装置。
15. 前記固定の際に、前記リガンド溶液を、前記流路に注入した後、前記流路内で滞留させることを特徴とする請求項１１〜１４いずれか記載の全反射減衰を利用した測定方法。
    

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